薛喆 宋關(guān)陽(yáng) 劉心 張輝 錢(qián)驛 馮華

北京積水潭醫(yī)院運(yùn)動(dòng)損傷科（北京100035）

在膝關(guān)節(jié)疼痛及不穩(wěn)定的人群中，有相當(dāng)一部分患者存在髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡的異常[1]，既往研究表明，膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是以伸膝裝置為核心的復(fù)雜系統(tǒng)，同時(shí)與骨性結(jié)構(gòu)形態(tài)、周?chē)∪饬α考败浗M織張力有關(guān)[2，3]。在膝關(guān)節(jié)全范圍屈伸過(guò)程中，髕骨相對(duì)于股脛關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，即髕骨軌跡[4]，異常的軌跡提示髕骨沒(méi)有遵循正常、穩(wěn)定的路徑運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)疼痛與不穩(wěn)定[3]。

關(guān)于髕骨異常軌跡的病因?qū)W機(jī)制始終沒(méi)有定論，根據(jù)目前所報(bào)道的原因，主要有如下四種病理學(xué)機(jī)制[5]：（1）伸膝裝置周?chē)∪廛浗M織的異常，包括動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)，如股四頭肌形態(tài)學(xué)異常[6]；（2）靜力學(xué)結(jié)構(gòu)異常如內(nèi)側(cè)髕骨股骨韌帶（MPFL）損傷、外側(cè)結(jié)構(gòu)過(guò)緊[7]、高位髕骨[8]；（3）骨形態(tài)異常[9]：如Q角增大、膝外翻、膝過(guò)伸、髕骨形態(tài)的異常[9，10]；（4）退行性形變退化或發(fā)育不良導(dǎo)致的股骨外髁形態(tài)異常[11]。

目前關(guān)于髕骨軌跡的研究中，其研究對(duì)象包括健康人群[8]、髕股關(guān)節(jié)疼痛[12]以及髕骨不穩(wěn)定的人群[13]；方式包括臨床、尸體研究；方法包括X線片、電子計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）[11]、核磁共振（MRI）[1]、紅外線捕捉[14]、電磁捕捉[3]以及全系照相機(jī)捕捉[15]等；運(yùn)動(dòng)自由度從單一維度到六個(gè)自由度不等。研究表明，患有髕股關(guān)節(jié)疼痛及不穩(wěn)定患者的髕骨軌跡與健康人群不盡相同，但由于既往研究多以定性或半定量描述為主，缺乏定量、動(dòng)態(tài)的分析。同時(shí)，髕骨軌跡能否作為一種評(píng)估髕股關(guān)節(jié)疼痛或不穩(wěn)定的方法也存在爭(zhēng)論。

本文從以下幾個(gè)方面介紹髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡的研究進(jìn)展：坐標(biāo)系的定義及命名、測(cè)量對(duì)象、測(cè)量方法、測(cè)量結(jié)果。

1 方法

1.1 檢索方法

在 PubMed， EMBASE databases， Medline，PsychINFO，AMED數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，主要包括尸體研究及臨床研究，搜索關(guān)鍵詞為：patellar tracking，measurement of patellar tracking，patellar mal-tracking，patellar dislocation，髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡、髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡的測(cè)量、膝關(guān)節(jié)紊亂、膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定及髕骨軌跡、髕骨脫位。

1.2 數(shù)據(jù)收集

對(duì)搜集的所有文章進(jìn)行摘要瀏覽，并通過(guò)入選標(biāo)準(zhǔn)及排除標(biāo)準(zhǔn)最終確定入選文章：（1）研究中至少包括一種描述髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡的方法；（2）有對(duì)樣本髕骨軌跡的結(jié)果進(jìn)行分析；（3）臨床及尸體研究；（4）中文及英文文獻(xiàn)；（5）文獻(xiàn)循證等級(jí)Ⅰ～Ⅳ級(jí)。不符合入選標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)予以排除。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)初篩可能與本研究相關(guān)的文獻(xiàn)561篇；瀏覽文章題目及摘要后，入選文獻(xiàn)57篇；排除低循證等級(jí)、綜述、非中英文文獻(xiàn)后，入選文獻(xiàn)42篇；排除無(wú)髕骨軌跡評(píng)估方法、無(wú)結(jié)果記錄文獻(xiàn)后，最終入選19篇文獻(xiàn)。記錄入選文獻(xiàn)中髕骨軌跡研究的坐標(biāo)系選取、研究對(duì)象、精確度、評(píng)估方法以及評(píng)估結(jié)果，進(jìn)行比較分析。

2 結(jié)果

2.1 坐標(biāo)系的定義及命名

描述髕骨相對(duì)股脛關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡，需建立膝關(guān)節(jié)坐標(biāo)系（joint coordinate system，JCS），先前的研究中坐標(biāo)原點(diǎn)的選取各不相同。O'Donnell P[1]以股骨滑車(chē)溝最低點(diǎn)作為坐標(biāo)系原點(diǎn)；Reider[5]以脛骨結(jié)節(jié)為基準(zhǔn)點(diǎn)；Nha[15]以股骨內(nèi)外上髁連線中點(diǎn)作為參考點(diǎn)，Lin[8，16]、Amis[3]等人均以股骨后髁連線中點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)。如表1所示。Lin和Amis等人建立了以股骨后髁連線中點(diǎn)為原點(diǎn)（再平移至股骨干中心點(diǎn)）的空間直角坐標(biāo)系，如圖1所示，同時(shí)定義了髕骨分別相對(duì)于坐標(biāo)系三條垂直軸的橫移及旋轉(zhuǎn)六個(gè)運(yùn)動(dòng)維度，其中沿X，Y，Z軸的非旋轉(zhuǎn)性位移分別為內(nèi)外側(cè)位移、遠(yuǎn)近端位移、前后向位移；圍繞三條軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分別為屈伸旋轉(zhuǎn)、內(nèi)外側(cè)傾斜、內(nèi)外側(cè)旋轉(zhuǎn)，如圖2所示。

表1 膝關(guān)節(jié)坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)選取

圖1 膝關(guān)節(jié)坐標(biāo)系

圖2 髕骨相對(duì)于股脛關(guān)節(jié)的六自由度運(yùn)動(dòng)

2.2 測(cè)量對(duì)象

在既往描述髕骨軌跡的文獻(xiàn)中，研究對(duì)象一般分為尸體研究和臨床研究?jī)深?lèi)，其精確度、主動(dòng)或被動(dòng)屈伸以及優(yōu)缺點(diǎn)均有所不同，見(jiàn)表2、表3。其中，尸體研究的優(yōu)點(diǎn)主要為取材容易、操作性強(qiáng)、無(wú)倫理問(wèn)題、可添加人為應(yīng)力，但其精確度低于臨床研究且為非生理環(huán)境。臨床研究可以克服以上缺點(diǎn)，生理力學(xué)環(huán)境、精確度高，但早期的臨床研究多為有創(chuàng)操作[10，17]，且要求操作者技術(shù)嫻熟，患者配合度更高。

表2 尸體研究精確度、主動(dòng)或被動(dòng)屈伸

表3 臨床研究精確度、主動(dòng)或被動(dòng)屈伸

Carlson[12]Tanaka[19]12個(gè)膝前痛患者（20個(gè)膝關(guān)節(jié)）；13個(gè)健康人（20個(gè)膝關(guān)節(jié)）38個(gè)髕骨脫位患者（76個(gè)膝關(guān)節(jié)）位移＜0.3mm位移＜0.1mm,旋轉(zhuǎn)＜0.1°主動(dòng)屈曲主動(dòng)屈曲

2.3 測(cè)量方法

既往的研究中，髕骨軌跡的測(cè)量方法多種多樣，主要使用CT、核磁共振MRI、紅外線追蹤系統(tǒng)以及熒光捕捉系統(tǒng)等方法對(duì)髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行追蹤。其測(cè)量方式、屈伸膝范圍不盡相同。見(jiàn)表4。

表4 髕骨軌跡測(cè)量方法

2.4 測(cè)量結(jié)果

2.4.1 內(nèi)外側(cè)位移

在健康人群中，對(duì)髕骨在由屈曲位到伸直位過(guò)程中的內(nèi)外側(cè)橫向位移結(jié)論觀點(diǎn)不一，但除部分髕骨存在微動(dòng)外，基本沿直線走形：有研究認(rèn)為髕骨先向內(nèi)側(cè)橫移，再向外側(cè)橫移（括號(hào)內(nèi)為屈膝角度）：Amis[3]認(rèn)為髕骨先向內(nèi)側(cè)橫移 5 mm（0°～20°），再向外側(cè)橫移11.5 mm（20°～90°）；Reider[5]的研究中15%的樣本先向內(nèi)側(cè)橫移（0°～30°），再向外側(cè)橫移，85%的樣本始終向外側(cè)橫移；Lin[8]認(rèn)為髕骨先向內(nèi)側(cè)橫移（0°～5°），再向外側(cè)橫移（5°～15°）。有研究認(rèn)為髕骨先向外側(cè)橫移，再向內(nèi)側(cè)橫移，接著再向外側(cè)橫移：Nha[15]認(rèn)為髕骨先向內(nèi)側(cè)橫移1.5 mm（0°～30°），再向外側(cè)橫移2.2 mm（30°～90°），再向內(nèi)側(cè)橫移0.8 mm（90°～135°）。有研究認(rèn)為髕骨始終向外側(cè)橫移：O'Donnell P[1]研究中，33%的樣本向外側(cè)橫移1/3髕骨寬度，9%的樣本向外側(cè)橫移2/3髕骨寬度，其余無(wú)明顯位移；Carlson[12]認(rèn)為髕骨始終向外側(cè)橫移（5°～45°）。也有研究認(rèn)為，髕骨始終向內(nèi)側(cè)橫移：Wilson[14]認(rèn)為髕骨在由屈曲15°～90°范圍內(nèi)向內(nèi)側(cè)橫移了7.73 mm。

在膝前痛患者中，髕骨在由膝關(guān)節(jié)屈曲位到伸直位過(guò)程中，始終向外側(cè)橫移[1，11，12，14]：O'Donnell P[1]的研究中，13%的樣本向外側(cè)橫移1/3髕骨寬度，17%的樣本向外側(cè)橫移2/3髕骨寬度，7%的樣本向外側(cè)橫移1個(gè)髕骨寬度；Guzzanti[11]認(rèn)為髕骨始終向外側(cè)橫移；Wilson[14]認(rèn)為髕骨向外側(cè)橫移3.92 mm（0°～90°）；Carlson[12]認(rèn)為髕骨始終向外側(cè)橫移（5°～45°）。而在尸體研究中對(duì)內(nèi)外側(cè)支持帶的不同處理也會(huì)對(duì)髕骨軌跡產(chǎn)生影響：Reider[5]切斷內(nèi)側(cè)支持帶，髕骨增加外側(cè)位移，增加外側(cè)橫移；松解外側(cè)支持帶，軌跡與正常人一致；內(nèi)側(cè)支持帶緊縮合并外側(cè)支持帶松解術(shù)后，增加髕股內(nèi)側(cè)橫移（0°～90°）。在髕骨脫位患者中，髕骨始終向外側(cè)位移：Kita[18]認(rèn)為髕骨始終向外側(cè)位移（0°～60°）。

2.4.2 內(nèi)外側(cè)傾斜

在健康人群中，關(guān)于髕骨在由屈曲位到伸直位過(guò)程中的內(nèi)外側(cè)傾斜情況，有研究認(rèn)為髕骨先向內(nèi)側(cè)傾斜，再向外側(cè)傾斜：Reider[5]的研究中15%的樣本先向內(nèi)側(cè)傾斜（0°～30°），再向外側(cè)傾斜，85%的樣本始終向外側(cè)傾斜；Wilson[14]認(rèn)為髕骨在 0°～45°范圍內(nèi)內(nèi)傾至-1.8°，在45°～90°范圍內(nèi)外傾至2.5°。有研究認(rèn)為髕骨先向外側(cè)傾斜，再向內(nèi)側(cè)傾斜：Nha[15]認(rèn)為髕骨在0°～75°范圍向外傾斜 3.6°，在 75°～135°范圍向內(nèi)傾斜5.2°。Guzzanti[11]認(rèn)為髕骨始終向外側(cè)傾斜，但所有樣本均小于8°。Carlson[12]認(rèn)為髕骨在5°～45°范圍內(nèi)始終外傾。而Lin[8]認(rèn)為髕骨在0°～15°范圍內(nèi)向外側(cè)傾斜2.4°。

Guzzanti[11]和Wilson[14]認(rèn)為：與正常人群相比，膝前痛患者（PFP）髕骨向外側(cè)傾斜的趨勢(shì)增加。Carlson[12]認(rèn)為髕骨先內(nèi)側(cè)傾斜，再外側(cè)傾斜。Reider[5]認(rèn)為外側(cè)支持帶松解或內(nèi)側(cè)支持帶緊縮會(huì)減小外側(cè)傾斜的趨勢(shì)，而內(nèi)側(cè)支持帶切斷會(huì)增大外傾趨勢(shì)。

2.4.3 內(nèi)外側(cè)旋轉(zhuǎn)

在健康人群中，關(guān)于髕骨由屈曲位到伸直位過(guò)程中的內(nèi)外側(cè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，Reider[5]認(rèn)為髕骨始終向內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)；Lin[8]和 Wilson[14]認(rèn)為髕骨始終向外側(cè)旋轉(zhuǎn)；Nha[15]認(rèn)為髕骨先向外側(cè)旋轉(zhuǎn)1.1°（135°～120°），再向內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)8.1°（120°～0°）。Amis[3]和 Carlson[12]認(rèn)為髕骨在旋轉(zhuǎn)自由度上無(wú)明顯規(guī)律可循。

在對(duì)膝前痛患者（PFP）的研究中，Wilson[14]認(rèn)為髕骨始終向外側(cè)旋轉(zhuǎn)；Carlson[12]認(rèn)為髕骨先內(nèi)旋，再外旋。

2.4.4 屈伸旋轉(zhuǎn)

關(guān)于髕骨的屈伸運(yùn)動(dòng)研究的結(jié)論基本一致[8，12，14，15]，在膝關(guān)節(jié)由屈曲位至伸直位過(guò)程中，始終呈伸直運(yùn)動(dòng)。

在膝前痛患者（PFP）中，Wilson NA[14]的研究表明：髕骨屈伸運(yùn)動(dòng)規(guī)律與正常人基本一致，只是在接近90°時(shí)屈曲程度增大。

2.4.5 遠(yuǎn)近端位移

在正常人群及膝前痛患者（PFP）中，隨膝關(guān)節(jié)的伸直運(yùn)動(dòng)，髕骨持續(xù)向近端位移[8，12]。

2.4.6 前后向位移

在前后向位移這一自由度上文獻(xiàn)記錄較少，Lin[8]認(rèn)為在正常人群中髕骨始終前向位移（15°～0°）；Carlson[12]認(rèn)為髕骨先前向位移，再后向位移。

3 討論

本文回顧了既往對(duì)髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡的研究，并歸納總結(jié)了研究中所使用的參考點(diǎn)、坐標(biāo)系、測(cè)量對(duì)象、測(cè)量方法及測(cè)量結(jié)果。

關(guān)于髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡參考系的選擇，既往文獻(xiàn)使用脛骨結(jié)節(jié)[5]、股骨滑車(chē)溝最低點(diǎn)[18，19]等骨性參考點(diǎn)，并使用“適合角”、“滑車(chē)溝角度”、“Q角”等參數(shù)對(duì)髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行描述，稱(chēng)為“骨性形態(tài)參數(shù)法”[13]，但此種方法過(guò)度依賴(lài)研究對(duì)象自身的骨性形態(tài)，若存在異常（如先天畸形），則會(huì)造成測(cè)量結(jié)果的較大偏倚；而Lin等人[8，16]提出的“六自由度坐標(biāo)系法”（圖1、2），可弱化對(duì)骨性形態(tài)的依賴(lài)，直接記錄髕骨相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，可得到更為客觀、準(zhǔn)確的結(jié)果。

既往研究采用尸體標(biāo)本測(cè)量髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡[3，5]，雖操作簡(jiǎn)便，無(wú)倫理問(wèn)題，但始終難以模擬生理狀態(tài)下膝關(guān)節(jié)周?chē)浗M織狀態(tài)（如：股四頭肌肌力及韌帶軟組織張力），造成較大的系統(tǒng)誤差。近些年來(lái)研究者多在非麻醉狀態(tài)下進(jìn)行在體研究[1，8，12，14-16]，測(cè)量精確度較高，誤差較小，可以最大程度地記錄生理狀態(tài)下髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡，但仍存在局限性，如儀器操作較復(fù)雜、對(duì)患者的膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度，肌肉力量及配合度要求較高。然而，目前沒(méi)有任何一種測(cè)量方式可對(duì)髕骨軌跡進(jìn)行連續(xù)動(dòng)態(tài)的定量評(píng)估，還需進(jìn)一步探索研究。

根據(jù)既往研究結(jié)果，在膝關(guān)節(jié)由屈曲到伸直的過(guò)程中：髕骨雖存在六自由度運(yùn)動(dòng)，但主要以內(nèi)外側(cè)橫移及內(nèi)外側(cè)傾斜這兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)為著，且在健康人群中[1，3，5，8，12，14，15]，髕骨基本沿直線運(yùn)動(dòng)（部分存在內(nèi)外側(cè)微動(dòng)）；而在髕股關(guān)節(jié)疼痛及不穩(wěn)定的患者中[1，5，11，12，14，18]，髕骨存在明顯的外側(cè)橫移或傾斜。這提示異常的髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡可能為髕股關(guān)節(jié)疼痛及不穩(wěn)定的表現(xiàn)及誘因之一。

髕股關(guān)節(jié)疼痛及不穩(wěn)定的機(jī)制尚未闡明，但既往的手術(shù)干預(yù)方式多集中于軟組織結(jié)構(gòu)的重排，如采用膝內(nèi)側(cè)支持帶緊縮術(shù)或外側(cè)支持帶松解術(shù)緩解髕股關(guān)節(jié)的疼痛癥狀[20，21]；而內(nèi)側(cè)髕骨股骨韌帶作為髕骨內(nèi)側(cè)的一級(jí)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其重建術(shù)對(duì)治療髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定取得了很好的療效[22]，但仍有文獻(xiàn)報(bào)道稱(chēng)此種術(shù)式的遠(yuǎn)期失效率高達(dá)20%[2]。因此同期糾正骨性結(jié)構(gòu)的異常如高位髕骨、畸形股骨滑車(chē)、外偏的脛骨結(jié)節(jié)、過(guò)大的股骨前傾及脛骨外旋尤為重要。既往研究表明，Caton指數(shù)大于1.2，B型及D型滑車(chē)形態(tài)，脛骨結(jié)節(jié)-股骨滑車(chē)溝距離（TT-TG distance）大于20 mm[13]，股骨前傾角（Femoral Anteversion）大于23°，脛骨外旋角大于30°，均為重建韌帶失效的可能誘因[23，24]，同時(shí)或造成髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡的異常[25，26]。其中股骨前傾角過(guò)大或可造成髕骨在膝關(guān)節(jié)近伸直位時(shí)出現(xiàn)突然的過(guò)度外偏，即膝關(guān)節(jié)“J形征”[4]，有學(xué)者認(rèn)為“J形征”的陽(yáng)性是造成MPFL的遠(yuǎn)期失效的誘因之一。因此對(duì)患有髕股關(guān)節(jié)疼痛及不穩(wěn)定的患者需行全面、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)的髕骨軌跡評(píng)估。

髕股關(guān)節(jié)疼痛及不穩(wěn)定與早期的髕股關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎（PFJ-OA）有直接的相關(guān)性[27]，若從兒童期起就出現(xiàn)髕骨軌跡異常及髕骨脫位而不及時(shí)糾正，則造成成年后髕股關(guān)節(jié)壓力增大、軟骨損傷及股骨滑車(chē)嚴(yán)重畸形等遠(yuǎn)期不良結(jié)局的幾率也隨之增加，進(jìn)而加速髕股關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生[28-30]。有研究表明，即使在初次髕骨脫位后即行手術(shù)糾正，在15年內(nèi)髕股關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生率仍高達(dá)50%，且該比率在非手術(shù)治療的患者中更高[31]。因此及早發(fā)現(xiàn)并糾正異常的髕骨軌跡對(duì)于維持髕股關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，預(yù)防、延緩髕股關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生至關(guān)重要。

綜上，髕骨相對(duì)于股脛關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)、瞬時(shí)、定量的追蹤方式還需要進(jìn)一步探索研究，同時(shí)對(duì)髕骨軌跡的測(cè)量或可成為一種診斷髕股關(guān)節(jié)疾病的新方法。

4 總結(jié)

通過(guò)對(duì)髕骨軌跡在體、無(wú)創(chuàng)、六自由度的評(píng)估，可以更全面地反映其運(yùn)動(dòng)軌跡。但臨床工作中仍然缺乏對(duì)髕骨軌跡動(dòng)態(tài)、定量的評(píng)估。髕骨軌跡的測(cè)量或可成為一種診斷髕股關(guān)節(jié)疾病的新方法。